io_u.c

   1 #include <unistd.h>
   2 #include <fcntl.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <signal.h>
   5 #include <time.h>
   6 #include <assert.h>
   7
   8 #include "fio.h"
   9 #include "os.h"
  10
  11 /*
  12  * Change this define to play with the timeout handling
  13  */
  14 #undef FIO_USE_TIMEOUT
  15
  16 struct io_completion_data {
  17         int nr;                         /* input */
  18
  19         int error;                      /* output */
  20         unsigned long bytes_done[2];    /* output */
  21         struct timeval time;            /* output */
  22 };
  23
  24 /*
  25  * The ->file_map[] contains a map of blocks we have or have not done io
  26  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  27  */
  28 static int random_map_free(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  29                            unsigned long long block)
  30 {
  31         unsigned int idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
  32         unsigned int bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
  33
  34         return (f->file_map[idx] & (1UL << bit)) == 0;
  35 }
  36
  37 /*
  38  * Mark a given offset as used in the map.
  39  */
  40 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
  41 {
  42         unsigned int min_bs = td->rw_min_bs;
  43         struct fio_file *f = io_u->file;
  44         unsigned long long block;
  45         unsigned int blocks;
  46         unsigned int nr_blocks;
  47
  48         block = io_u->offset / (unsigned long long) min_bs;
  49         blocks = 0;
  50         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
  51
  52         while (blocks < nr_blocks) {
  53                 unsigned int idx, bit;
  54
  55                 if (!random_map_free(td, f, block))
  56                         break;
  57
  58                 idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
  59                 bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
  60
  61                 fio_assert(td, idx < f->num_maps);
  62
  63                 f->file_map[idx] |= (1UL << bit);
  64                 block++;
  65                 blocks++;
  66         }
  67
  68         if ((blocks * min_bs) < io_u->buflen)
  69                 io_u->buflen = blocks * min_bs;
  70 }
  71
  72 /*
  73  * Return the next free block in the map.
  74  */
  75 static int get_next_free_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  76                                unsigned long long *b)
  77 {
  78         int i;
  79
  80         i = f->last_free_lookup;
  81         *b = (i * BLOCKS_PER_MAP);
  82         while ((*b) * td->rw_min_bs < f->real_file_size) {
  83                 if (f->file_map[i] != -1UL) {
  84                         *b += ffz(f->file_map[i]);
  85                         f->last_free_lookup = i;
  86                         return 0;
  87                 }
  88
  89                 *b += BLOCKS_PER_MAP;
  90                 i++;
  91         }
  92
  93         return 1;
  94 }
  95
  96 /*
  97  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
  98  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
  99  * the last io issued.
 100  */
 101 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 102 {
 103         struct fio_file *f = io_u->file;
 104         const int ddir = io_u->ddir;
 105         unsigned long long b, rb;
 106         long r;
 107
 108         if (td_random(td)) {
 109                 unsigned long long max_blocks = f->file_size / td->min_bs[ddir];
 110                 int loops = 5;
 111
 112                 do {
 113                         r = os_random_long(&td->random_state);
 114                         b = ((max_blocks - 1) * r / (unsigned long long) (RAND_MAX+1.0));
 115                         if (td->norandommap)
 116                                 break;
 117                         rb = b + (f->file_offset / td->min_bs[ddir]);
 118                         loops--;
 119                 } while (!random_map_free(td, f, rb) && loops);
 120
 121                 /*
 122                  * if we failed to retrieve a truly random offset within
 123                  * the loops assigned, see if there are free ones left at all
 124                  */
 125                 if (!loops && get_next_free_block(td, f, &b))
 126                         return 1;
 127         } else
 128                 b = f->last_pos / td->min_bs[ddir];
 129
 130         io_u->offset = (b * td->min_bs[ddir]) + f->file_offset;
 131         if (io_u->offset >= f->real_file_size)
 132                 return 1;
 133
 134         return 0;
 135 }
 136
 137 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 138 {
 139         struct fio_file *f = io_u->file;
 140         const int ddir = io_u->ddir;
 141         unsigned int buflen;
 142         long r;
 143
 144         if (td->min_bs[ddir] == td->max_bs[ddir])
 145                 buflen = td->min_bs[ddir];
 146         else {
 147                 r = os_random_long(&td->bsrange_state);
 148                 buflen = (unsigned int) (1 + (double) (td->max_bs[ddir] - 1) * r / (RAND_MAX + 1.0));
 149                 if (!td->bs_unaligned)
 150                         buflen = (buflen + td->min_bs[ddir] - 1) & ~(td->min_bs[ddir] - 1);
 151         }
 152
 153         while (buflen + io_u->offset > f->real_file_size) {
 154                 if (buflen == td->min_bs[ddir])
 155                         return 0;
 156
 157                 buflen = td->min_bs[ddir];
 158         }
 159
 160         return buflen;
 161 }
 162
 163 /*
 164  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 165  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 166  * necessary.
 167  */
 168 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 169 {
 170         if (td_rw(td)) {
 171                 struct timeval now;
 172                 unsigned long elapsed;
 173
 174                 fio_gettime(&now, NULL);
 175                 elapsed = mtime_since_now(&td->rwmix_switch);
 176
 177                 /*
 178                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 179                  */
 180                 if (elapsed >= td->rwmixcycle) {
 181                         unsigned int v;
 182                         long r;
 183
 184                         r = os_random_long(&td->rwmix_state);
 185                         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (RAND_MAX + 1.0)));
 186                         if (v < td->rwmixread)
 187                                 td->rwmix_ddir = DDIR_READ;
 188                         else
 189                                 td->rwmix_ddir = DDIR_WRITE;
 190                         memcpy(&td->rwmix_switch, &now, sizeof(now));
 191                 }
 192                 return td->rwmix_ddir;
 193         } else if (td_read(td))
 194                 return DDIR_READ;
 195         else
 196                 return DDIR_WRITE;
 197 }
 198
 199 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 200 {
 201         assert((io_u->flags & IO_U_F_FREE) == 0);
 202         io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
 203
 204         io_u->file = NULL;
 205         list_del(&io_u->list);
 206         list_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
 207         td->cur_depth--;
 208 }
 209
 210 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 211 {
 212         struct io_u *__io_u = *io_u;
 213
 214         __io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
 215         __io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
 216
 217         list_del(&__io_u->list);
 218         list_add_tail(&__io_u->list, &td->io_u_requeues);
 219         td->cur_depth--;
 220         *io_u = NULL;
 221 }
 222
 223 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 224 {
 225         /*
 226          * If using an iolog, grab next piece if any available.
 227          */
 228         if (td->read_iolog)
 229                 return read_iolog_get(td, io_u);
 230
 231         /*
 232          * see if it's time to sync
 233          */
 234         if (td->fsync_blocks && !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->fsync_blocks)
 235             && td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td)) {
 236                 io_u->ddir = DDIR_SYNC;
 237                 return 0;
 238         }
 239
 240         io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
 241
 242         /*
 243          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 244          * position.
 245          */
 246         if (get_next_offset(td, io_u))
 247                 return 1;
 248
 249         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u);
 250         if (!io_u->buflen)
 251                 return 1;
 252
 253         /*
 254          * mark entry before potentially trimming io_u
 255          */
 256         if (!td->read_iolog && td_random(td) && !td->norandommap)
 257                 mark_random_map(td, io_u);
 258
 259         /*
 260          * If using a write iolog, store this entry.
 261          */
 262         if (td->write_iolog_file)
 263                 write_iolog_put(td, io_u);
 264
 265         return 0;
 266 }
 267
 268 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 269 {
 270         int index = 0;
 271
 272         if (io_u->ddir == DDIR_SYNC)
 273                 return;
 274
 275         switch (td->cur_depth) {
 276         default:
 277                 index++;
 278         case 32 ... 63:
 279                 index++;
 280         case 16 ... 31:
 281                 index++;
 282         case 8 ... 15:
 283                 index++;
 284         case 4 ... 7:
 285                 index++;
 286         case 2 ... 3:
 287                 index++;
 288         case 1:
 289                 break;
 290         }
 291
 292         td->ts.io_u_map[index]++;
 293         td->ts.total_io_u[io_u->ddir]++;
 294 }
 295
 296 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long msec)
 297 {
 298         int index = 0;
 299
 300         switch (msec) {
 301         default:
 302                 index++;
 303         case 1000 ... 1999:
 304                 index++;
 305         case 750 ... 999:
 306                 index++;
 307         case 500 ... 749:
 308                 index++;
 309         case 250 ... 499:
 310                 index++;
 311         case 100 ... 249:
 312                 index++;
 313         case 50 ... 99:
 314                 index++;
 315         case 20 ... 49:
 316                 index++;
 317         case 10 ... 19:
 318                 index++;
 319         case 4 ... 9:
 320                 index++;
 321         case 2 ... 3:
 322                 index++;
 323         case 0 ... 1:
 324                 break;
 325         }
 326
 327         td->ts.io_u_lat[index]++;
 328 }
 329
 330 /*
 331  * Get next file to service by choosing one at random
 332  */
 333 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td)
 334 {
 335         unsigned int fileno;
 336         struct fio_file *f;
 337
 338         do {
 339                 long r = os_random_long(&td->next_file_state);
 340
 341                 fileno = (unsigned int) ((double) (td->open_files * r) / (RAND_MAX + 1.0));
 342                 f = &td->files[fileno];
 343                 if ((f->flags & FIO_FILE_OPEN) &&
 344                     !(f->flags & FIO_FILE_CLOSING))
 345                         return f;
 346         } while (1);
 347 }
 348
 349 /*
 350  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
 351  */
 352 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td)
 353 {
 354         unsigned int old_next_file = td->next_file;
 355         struct fio_file *f;
 356
 357         do {
 358                 f = &td->files[td->next_file];
 359
 360                 td->next_file++;
 361                 if (td->next_file >= td->open_files)
 362                         td->next_file = 0;
 363
 364                 if ((f->flags & FIO_FILE_OPEN) &&
 365                     !(f->flags & FIO_FILE_CLOSING))
 366                         break;
 367
 368                 f = NULL;
 369         } while (td->next_file != old_next_file);
 370
 371         return f;
 372 }
 373
 374 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
 375 {
 376         struct fio_file *f;
 377
 378         if (!td->nr_open_files)
 379                 return NULL;
 380
 381         f = td->file_service_file;
 382         if (f && (f->flags & FIO_FILE_OPEN) && td->file_service_left--)
 383                 return f;
 384
 385         if (td->file_service_type == FIO_FSERVICE_RR)
 386                 f = get_next_file_rr(td);
 387         else
 388                 f = get_next_file_rand(td);
 389
 390         td->file_service_file = f;
 391         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
 392         return f;
 393 }
 394
 395 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
 396 {
 397         struct io_u *io_u = NULL;
 398
 399         if (!list_empty(&td->io_u_requeues))
 400                 io_u = list_entry(td->io_u_requeues.next, struct io_u, list);
 401         else if (!queue_full(td)) {
 402                 io_u = list_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
 403
 404                 io_u->buflen = 0;
 405                 io_u->resid = 0;
 406                 io_u->file = NULL;
 407                 io_u->end_io = NULL;
 408         }
 409
 410         if (io_u) {
 411                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
 412                 io_u->flags &= ~IO_U_F_FREE;
 413
 414                 io_u->error = 0;
 415                 list_del(&io_u->list);
 416                 list_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
 417                 td->cur_depth++;
 418         }
 419
 420         return io_u;
 421 }
 422
 423 /*
 424  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
 425  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
 426  */
 427 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
 428 {
 429         struct fio_file *f;
 430         struct io_u *io_u;
 431
 432         io_u = __get_io_u(td);
 433         if (!io_u)
 434                 return NULL;
 435
 436         /*
 437          * from a requeue, io_u already setup
 438          */
 439         if (io_u->file)
 440                 goto out;
 441
 442         do {
 443                 f = get_next_file(td);
 444                 if (!f) {
 445                         put_io_u(td, io_u);
 446                         return NULL;
 447                 }
 448
 449                 io_u->file = f;
 450
 451                 if (!fill_io_u(td, io_u))
 452                         break;
 453
 454                 /*
 455                  * No more to do for this file, close it
 456                  */
 457                 io_u->file = NULL;
 458                 td_io_close_file(td, f);
 459
 460                 /*
 461                  * probably not the right place to do this, but see
 462                  * if we need to open a new file
 463                  */
 464                 if (td->nr_open_files < td->nr_files &&
 465                     td->open_files != td->nr_files) {
 466                         int ret = td_io_open_file(td, f);
 467
 468                         if (ret) {
 469                                 put_io_u(td, io_u);
 470                                 return NULL;
 471                         }
 472                 }
 473         } while (1);
 474
 475         if (td->zone_bytes >= td->zone_size) {
 476                 td->zone_bytes = 0;
 477                 f->last_pos += td->zone_skip;
 478         }
 479
 480         if (io_u->buflen + io_u->offset > f->real_file_size) {
 481                 if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO) {
 482                         put_io_u(td, io_u);
 483                         return NULL;
 484                 }
 485
 486                 io_u->buflen = f->real_file_size - io_u->offset;
 487         }
 488
 489         if (io_u->ddir != DDIR_SYNC) {
 490                 if (!io_u->buflen) {
 491                         put_io_u(td, io_u);
 492                         return NULL;
 493                 }
 494
 495                 f->last_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 496
 497                 if (td->verify != VERIFY_NONE)
 498                         populate_verify_io_u(td, io_u);
 499         }
 500
 501         /*
 502          * Set io data pointers.
 503          */
 504 out:
 505         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
 506         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
 507
 508         if (td_io_prep(td, io_u)) {
 509                 put_io_u(td, io_u);
 510                 return NULL;
 511         }
 512
 513         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
 514         return io_u;
 515 }
 516
 517 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 518 {
 519         const char *msg[] = { "read", "write", "sync" };
 520
 521         log_err("fio: io_u error");
 522
 523         if (io_u->file)
 524                 log_err(" on file %s", io_u->file->file_name);
 525
 526         log_err(": %s\n", strerror(io_u->error));
 527
 528         log_err("     %s offset=%llu, buflen=%lu\n", msg[io_u->ddir], io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
 529
 530         if (!td->error)
 531                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
 532 }
 533
 534 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 535                          struct io_completion_data *icd)
 536 {
 537         unsigned long msec;
 538
 539         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
 540         io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
 541
 542         put_file(td, io_u->file);
 543
 544         if (io_u->ddir == DDIR_SYNC) {
 545                 td->last_was_sync = 1;
 546                 return;
 547         }
 548
 549         td->last_was_sync = 0;
 550
 551         if (!io_u->error) {
 552                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
 553                 const enum fio_ddir idx = io_u->ddir;
 554                 int ret;
 555
 556                 td->io_blocks[idx]++;
 557                 td->io_bytes[idx] += bytes;
 558                 td->zone_bytes += bytes;
 559                 td->this_io_bytes[idx] += bytes;
 560
 561                 io_u->file->last_completed_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 562
 563                 msec = mtime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
 564
 565                 add_clat_sample(td, idx, msec);
 566                 add_bw_sample(td, idx, &icd->time);
 567                 io_u_mark_latency(td, msec);
 568
 569                 if ((td_rw(td) || td_write(td)) && idx == DDIR_WRITE)
 570                         log_io_piece(td, io_u);
 571
 572                 icd->bytes_done[idx] += bytes;
 573
 574                 if (io_u->end_io) {
 575                         ret = io_u->end_io(io_u);
 576                         if (ret && !icd->error)
 577                                 icd->error = ret;
 578                 }
 579         } else {
 580                 icd->error = io_u->error;
 581                 io_u_log_error(td, io_u);
 582         }
 583 }
 584
 585 static void init_icd(struct io_completion_data *icd, int nr)
 586 {
 587         fio_gettime(&icd->time, NULL);
 588
 589         icd->nr = nr;
 590
 591         icd->error = 0;
 592         icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
 593 }
 594
 595 static void ios_completed(struct thread_data *td,
 596                           struct io_completion_data *icd)
 597 {
 598         struct io_u *io_u;
 599         int i;
 600
 601         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
 602                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
 603
 604                 io_completed(td, io_u, icd);
 605                 put_io_u(td, io_u);
 606         }
 607 }
 608
 609 /*
 610  * Complete a single io_u for the sync engines.
 611  */
 612 long io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 613 {
 614         struct io_completion_data icd;
 615
 616         init_icd(&icd, 1);
 617         io_completed(td, io_u, &icd);
 618         put_io_u(td, io_u);
 619
 620         if (!icd.error)
 621                 return icd.bytes_done[0] + icd.bytes_done[1];
 622
 623         td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
 624         return -1;
 625 }
 626
 627 /*
 628  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
 629  */
 630 long io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_events)
 631 {
 632         struct io_completion_data icd;
 633         struct timespec *tvp = NULL;
 634         int ret;
 635
 636         if (!min_events) {
 637                 struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
 638
 639                 tvp = &ts;
 640         }
 641
 642         ret = td_io_getevents(td, min_events, td->cur_depth, tvp);
 643         if (ret < 0) {
 644                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
 645                 return ret;
 646         } else if (!ret)
 647                 return ret;
 648
 649         init_icd(&icd, ret);
 650         ios_completed(td, &icd);
 651         if (!icd.error)
 652                 return icd.bytes_done[0] + icd.bytes_done[1];
 653
 654         td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
 655         return -1;
 656 }
 657
 658 /*
 659  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
 660  */
 661 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 662 {
 663         unsigned long slat_time;
 664
 665         slat_time = mtime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
 666         add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time);
 667 }
 668
 669 #ifdef FIO_USE_TIMEOUT
 670 void io_u_set_timeout(struct thread_data *td)
 671 {
 672         assert(td->cur_depth);
 673
 674         td->timer.it_interval.tv_sec = 0;
 675         td->timer.it_interval.tv_usec = 0;
 676         td->timer.it_value.tv_sec = IO_U_TIMEOUT + IO_U_TIMEOUT_INC;
 677         td->timer.it_value.tv_usec = 0;
 678         setitimer(ITIMER_REAL, &td->timer, NULL);
 679         fio_gettime(&td->timeout_end, NULL);
 680 }
 681
 682 static void io_u_dump(struct io_u *io_u)
 683 {
 684         unsigned long t_start = mtime_since_now(&io_u->start_time);
 685         unsigned long t_issue = mtime_since_now(&io_u->issue_time);
 686
 687         log_err("io_u=%p, t_start=%lu, t_issue=%lu\n", io_u, t_start, t_issue);
 688         log_err("  buf=%p/%p, len=%lu/%lu, offset=%llu\n", io_u->buf, io_u->xfer_buf, io_u->buflen, io_u->xfer_buflen, io_u->offset);
 689         log_err("  ddir=%d, fname=%s\n", io_u->ddir, io_u->file->file_name);
 690 }
 691 #else
 692 void io_u_set_timeout(struct thread_data fio_unused *td)
 693 {
 694 }
 695 #endif
 696
 697 #ifdef FIO_USE_TIMEOUT
 698 static void io_u_timeout_handler(int fio_unused sig)
 699 {
 700         struct thread_data *td, *__td;
 701         pid_t pid = getpid();
 702         struct list_head *entry;
 703         struct io_u *io_u;
 704         int i;
 705
 706         log_err("fio: io_u timeout\n");
 707
 708         /*
 709          * TLS would be nice...
 710          */
 711         td = NULL;
 712         for_each_td(__td, i) {
 713                 if (__td->pid == pid) {
 714                         td = __td;
 715                         break;
 716                 }
 717         }
 718
 719         if (!td) {
 720                 log_err("fio: io_u timeout, can't find job\n");
 721                 exit(1);
 722         }
 723
 724         if (!td->cur_depth) {
 725                 log_err("fio: timeout without pending work?\n");
 726                 return;
 727         }
 728
 729         log_err("fio: io_u timeout: job=%s, pid=%d\n", td->name, td->pid);
 730
 731         list_for_each(entry, &td->io_u_busylist) {
 732                 io_u = list_entry(entry, struct io_u, list);
 733
 734                 io_u_dump(io_u);
 735         }
 736
 737         td_verror(td, ETIMEDOUT, "io_u timeout");
 738         exit(1);
 739 }
 740 #endif
 741
 742 void io_u_init_timeout(void)
 743 {
 744 #ifdef FIO_USE_TIMEOUT
 745         signal(SIGALRM, io_u_timeout_handler);
 746 #endif
 747 }